Modulhandbuch Bachelor Physik für Lehramt an Gymnasien und Gesamtschulen und für Lehramt an Berufskollegs. Studienabschnitt 1.

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1 Modulhandbuch und für Lehramt an Berufskollegs Stand 06/2010 Modul: P1_GY Physik I für Lehramt jährlich im WiSe 1 Semester 1. Semester S. 1 Leistungspunkte 12 LP 360 h 1 Physik Integrierter Kurs Teil I V Übungen zum Integrierten Kurs Teil I Ü 4 4 Experimentelle und theoretischen Grundlagen der Mechanik, der Thermodynamik und der speziellen Relativitätstheorie. Mechanik: Struktur des Raumes (Koordinatensysteme), Kinematik (Beschreibung der Bewegung im dreidimensionalen Raum); Newton'sche Gesetze und einfache Anwendungen (Kräfte, Kraftfelder); allgemeine Bezugssysteme (Galilei-Transformationen, Scheinkräfte), allgemeine Integration der eindimensionalen Bewegungsgleichung; konservative Kräfte und Energieerhaltung; allgemeine Lösung des Zentralkaftproblems, Lösung des Keplerproblems; freie und gedämpfte harmonische Schwingungen; erzwungene Schwingungen; gekoppelte Schwingungen; Mehrteilchensysteme: allgemeine Erhaltungssätze, Übergang zum starren Körper; Trägheitsmoment, Drehimpuls des starren Körpers; Grundlagen der Thermodynamik: Kinetische Theorie des Gase; phänomenologische Thermodynamik; Elemente der Hydrodynamik; spezielle Relativitätstheorie: experimentelle Grundlagen, Lorentz-Transformationen, Energie und Impuls. Die zugehörenden Übungen haben das Berechnen von kontextbasierten Physikaufgaben und das Bilden von Modellen physikalischer Zusammenhänge zum Inhalt. Als vier Teile eines Vorlesungszyklus unterscheiden sich die Module P1_GY bis P4_GY zwar in ihrer inhaltlichen Ausrichtung, jedoch nicht in den grundlegenden zu erwerbenden Kompetenzen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, grundlegende Konzepte und Methoden der experimentellen und theoretischen Physik angemessen darzustellen, Zusammenhänge zwischen diesen Konzepten und Methoden herzustellen und zu reflektieren. Sie sollen verschiedene, qualitative sowie quantitative Zugänge zur Bearbeitung physikalischer Fragestellungen nutzen können. Schwerpunkt der Übungen ist die Vertiefung der fachinhaltlichen Kompetenzen sowie die Entwicklung methodischer Kompetenz. Die Studierenden bearbeiten eigenständig physikalische Fragestellungen unter Nutzung fachspezifischer Quellen und Rechercheverfahren. Sie können die erarbeiteten Lösungsansätze und -wege adressatengerecht, sowohl formalmathematisch als auch qualitativ und anschaulich präsentieren sowie vergleichend diskutieren. Um die Teamarbeit zu fördern, werden Hausaufgaben als Gruppenarbeiten von bis zu

2 drei Studierenden akzeptiert. modulübergreifende Prüfung gemeinsam mit Modul P2_GY 6 Prüfungsformen und -leistungen Klausur, unbenotet Als Voraussetzung sind in P1_GY und P2_GY insgesamt 3 unbenotete Studienleistungen (Übungsscheine in beiden Modulen und Klausur in P2_GY) zu erbringen. 7 Teilnahmevoraussetzungen keine Pflichtmodul Dekan/in der S. 2

3 Modul: P2_GY Physik II für Lehramt jährlich im SoSe 1 Semester 2. Semester S. 3 Leistungspunkte 11 LP 330 h 1 Physik Integrierter Kurs Teil II V Übungen zum Integrierten Kurs Teil II Ü 4 4 Klassische Elektrodynamik Elektrostatik: Coulombsches Gesetz, Divergenz, Gaußscher Satz und Gaußsches Gesetz- Punktladung und Delta-Funktion, elektrostatische Energie; elektrische Felder mit Randbedingungen, Kondensator und Kapazität; Elektrischer Strom: Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Regeln, Schaltungen mit Kondensatoren und Widerständen; Magnetostatik: allgemeiner Überblick über die magnetischen Erscheinungen, Biot- Savartsches Gesetz, differentielle Eigenschaften des Magnetfeldes, Rotation, Amperesches Gesetz, magnetischer Dipol, Kräfte auf magnetische Dipole,; zeitlich veränderliche Felder: Induktionserscheinungen, Faradaysches Gesetz, Generator, Elektromotor, induktive Messung von Magnetfeldern, Selbstinduktion, Transformator, magn. Energiedichte; Wechselstromkreise: komplexe Widerstände und Amplituden, Hoch- und Tiefpass, Schwingkreis, gekoppelte Schwingkreise, belasteteter Transformator; elektromagnetische Wellen: Verschiebungsstrom, die vollständigen Maxwell-Gleichungen, skalares Potential und Vektorpotential, elektromagnetische Wellen, Hertzscher Dipol, Strahlungscharakteristik, Synchrotronstrahlung; elektrische und magnetische Felder in Materie: makroskopische Beschreibung, Randbedingungen an Materialgrenzen, Ferromagnetika, spontane Magnetisierung, Weiß' sche Bereiche, Hysterese. Die zugehörenden Übungen haben das Berechnen von kontextbasierten Physikaufgaben und das Bilden von Modellen physikalischer Zusammenhänge zum Inhalt. Als vier Teile eines Vorlesungszyklus unterscheiden sich die Module P1_GY bis P4_GY zwar in ihrer inhaltlichen Ausrichtung, jedoch nicht in den grundlegenden zu erwerbenden Kompetenzen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, grundlegende Konzepte und Methoden der experimentellen und theoretischen Physik angemessen darzustellen, Zusammenhänge zwischen diesen Konzepten und Methoden herzustellen und zu reflektieren. Sie sollen verschiedene, qualitative sowie quantitative Zugänge zur Bearbeitung physikalischer Fragestellungen nutzen können. Schwerpunkt der Übungen ist die Vertiefung der fachinhaltlichen Kompetenzen sowie die Entwicklung methodischer Kompetenz. Die Studierenden bearbeiten eigenständig physikalische Fragestellungen unter Nutzung fachspezifischer Quellen und Rechercheverfahren. Sie

4 können die erarbeiteten Lösungsansätze und -wege adressatengerecht, sowohl formalmathematisch als auch qualitativ und anschaulich präsentieren sowie vergleichend diskutieren. Um die Teamarbeit zu fördern, werden Hausaufgaben als Gruppenarbeiten von bis zu drei Studierenden akzeptiert. modulübergreifende Prüfung gemeinsam mit Modul P1_GY 6 Prüfungsformen und -leistungen Mündliche Prüfung, benotet Als Voraussetzung sind in P1_GY und P2_GY insgesamt 3 unbenotete Studienleistungen (Übungsschein in beiden Modulen und Klausur in P2_GY) zu erbringen. 7 Teilnahmevoraussetzungen keine Pflichtmodul Dekan/in der S. 4

5 Modul: P3_GY Physik III für Lehramt jährlich im WiSe 1 Semester 3. Semester S. 5 Leistungspunkte 12 LP 360 h 1 Physik Integrierter Kurs Teil III V Übungen zum Integrierten Kurs Teil III Ü 4 4 Schwingungen und Wellen: Eigenwertproblem. Wellengleichung in einer und mehreren Dimensionen, und ihre Lösungen. Fourier-Techniken. Membranen und Resonatoren,, Interferenz und Beugung, Stehende Wellen, Schwebungen, Wellenpakete, (Dispersion, Dopplereffekt),; geometrische Optik und Wellenoptik: (Maxwellgleichungen in Dielektrika), Reflexion, Brechung, Fresnelformeln, Fermats Prinzip, Matrizenoptik optische Geräte, Kirchhoffsche Beugungstheorie, Fraunhofer- und Fresnelbeugung, Beugung an vielen identischen Objekten, Polarisation, Wellenleiter und Hohlraumresonatoren; Ausgleichsvorgänge; Wärmeleitung; Theoretische Mechanik: D'Alembert-Prinzip, Lagrangefunktion, Lagrangegleichungen, Variationsrechnung, Euler-Lagrange-Gleichungen, Hamilton Prinzip, Symmetrien und Erhaltungssätze, Hamilton-Formalismus, Phasenraum, Nichtlineare Dynamik. Die zugehörenden Übungen haben das Berechnen von kontextbasierten Physikaufgaben und das Bilden von Modellen physikalischer Zusammenhänge zum Inhalt. Als vier Teile eines Vorlesungszyklus unterscheiden sich die Module P1_GY bis P4_GY zwar in ihrer inhaltlichen Ausrichtung, jedoch nicht in den grundlegenden zu erwerbenden Kompetenzen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, grundlegende Konzepte und Methoden der experimentellen und theoretischen Physik angemessen darzustellen, Zusammenhänge zwischen diesen Konzepten und Methoden herzustellen und zu reflektieren. Sie sollen verschiedene, qualitative sowie quantitative Zugänge zur Bearbeitung physikalischer Fragestellungen nutzen können. Schwerpunkt der Übungen ist die Vertiefung der fachinhaltlichen Kompetenzen sowie die Entwicklung methodischer Kompetenz. Die Studierenden bearbeiten eigenständig physikalische Fragestellungen unter Nutzung fachspezifischer Quellen und Rechercheverfahren. Sie können die erarbeiteten Lösungsansätze und -wege adressatengerecht, sowohl formalmathematisch als auch qualitativ und anschaulich präsentieren sowie vergleichend diskutieren. Um die Teamarbeit zu fördern, werden Hausaufgaben als Gruppenarbeiten von bis zu drei Studierenden akzeptiert. modulübergreifende Prüfung gemeinsam mit Modul P4_GY 6 Prüfungsformen und -leistungen Mündliche Prüfung, benotet Als Voraussetzung sind in P3_GY und P4_GY insgesamt 3 unbenotete Studienleistungen

6 (Übungsscheine/Klausuren) zu erbringen. 7 Teilnahmevoraussetzungen keine Pflichtmodul Dekan/in der S. 6

7 Modul: P4_GY Physik IV für Lehramt jährlich im SoSe 1 Semester S Semester Leistungspunkte 10 LP 300 h 1 Physik Integrierter Kurs Teil IV V Übungen zum Integrierten Kurs Teil IV Ü 4 4 Grundlegende Quantenphänomene und Methodik der Quantenmechanik: Schlüsselexperimente zur Quantenphysik, mikroskopische Grenzen der klassischen Physik, Materiewellen, Wahrscheinlichkeiten, Schrödingergleichung, Mittelwerte und Schwankungen, Operatoren und Eigenfunktionen, Orts- und Impulsdarstellung. Quantenmechanik in einer Dimension; stückweise konstante Potentiale und harmonischer Oszillator, Tunneleffekt. approximative Verfahren. Messprozess. Symmetrien und Erhaltungssätze. Zentralpotentiale, Drehimpuls, Wasserstoff und Wasserstoffähnliche Systeme. Spin, Störungsrechnung. Optische Übergänge. Identische Teilchen. Zeemaneffekt, Starkeffekt, Feinstruktur. Atomaufbau. Moleküle, chemische Bindung. Die zugehörenden Übungen haben das Berechnen von kontextbasierten Physikaufgaben und das Bilden von Modellen physikalischer Zusammenhänge zum Inhalt. Als vier Teile eines Vorlesungszyklus unterscheiden sich die Module P1_GY bis P4_GY zwar in ihrer inhaltlichen Ausrichtung, jedoch nicht in den grundlegenden zu erwerbenden Kompetenzen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, grundlegende Konzepte und Methoden der experimentellen und theoretischen Physik angemessen darzustellen, Zusammenhänge zwischen diesen Konzepten und Methoden herzustellen und zu reflektieren. Sie sollen verschiedene, qualitative sowie quantitative Zugänge zur Bearbeitung physikalischer Fragestellungen nutzen können. Schwerpunkt der Übungen ist die Vertiefung der fachinhaltlichen Kompetenzen sowie die Entwicklung methodischer Kompetenz. Die Studierenden bearbeiten eigenständig physikalische Fragestellungen unter Nutzung fachspezifischer Quellen und Rechercheverfahren. Sie können die erarbeiteten Lösungsansätze und -wege adressatengerecht, sowohl formalmathematisch als auch qualitativ und anschaulich präsentieren sowie vergleichend diskutieren. Um die Teamarbeit zu fördern, werden Hausaufgaben als Gruppenarbeiten von bis zu drei Studierenden akzeptiert. modulübergreifende Prüfung gemeinsam mit Modul P3_GY 6 Prüfungsformen und -leistungen Mündliche Prüfung, benotet Als Voraussetzung sind in P3_GY und P4_GY insgesamt 3 unbenotete Studienleistungen (Übungsscheine/ Klausuren) zu erbringen.

8 7 Teilnahmevoraussetzungen keine Pflichtmodul Dekan/in der S. 8

9 Modul: P5_GY Moderne Physik für Lehramt GyGe/BK jährlich im WiSe 1 Semester 5. Semester S. 9 Leistungstungspunkte 8 LP 240 h 1 Moderne Physik für Lehramt GyGe/BK V Übungen zur modernen Physik für Lehramt GyGe/BK Ü 3 2 Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik sowie ausgewählte, schulrelevante Kapitel der Festkörperphysik. Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik, Dosimetrie, Beschleuniger Kernphysik: Eigenschaften von Kernen, Kernmodelle, Kernzerfälle, Kernfusion und spaltung, Kernreaktoren Teilchenphysik: Quarkmodell, Diskrete Symmetrien (inkl. P-, CP-, und CPT-Verletzung), Eigenschaften von Leptonen, Quarks, Hadronen und Eichbosonen, Schlüsselexperimente, Eigenschaften der fundamentalen Wechselwirkungen, aktuelles Forschungsprogramm der Teilchenphysik, Verbindung zur Kosmologie Festkörperphysik: Grundlagen der Festkörperphysik, mit Schwerpunkt auf kristallinen Systemen. Bindungen im Festkörper; Gitterschwingungen und Phononen; Freie Elektronen; Fast freie Elektronen: Bandstrukturen; Halbleiter; Magnetismus; Supraleitung. Die zugehörenden Übungen haben das Berechnen von kontextbasierten Physikaufgaben und das Bilden von Modellen physikalischer Zusammenhänge zum Inhalt. Das Modul bietet eine physikalische Vertiefung im Bachelorstudium. In der Physik der kondensierten Materie sowie der Kern- und Elementarteilchenphysik wird Sachkompetenz bezüglich physikalischer Untersuchungsmethoden, Modell- und Theoriebildung sowie deren Zusammenwirken entwickelt. Das Modul unterstützt somit die Entwicklung eines angemessenen Bildes der modernen Physik. Es wird den Studierenden ein Orientierungswissen vermittelt, das sie befähigt, moderne physikalische Erkenntnisse, mit denen sie im späteren Berufsleben konfrontiert sein werden, einzuordnen und für den Unterricht zu nutzen. Schwerpunkt der Übungen ist die Vertiefung der fachinhaltlichen Kompetenzen sowie die Entwicklung methodischer Kompetenz. Die Studierenden bearbeiten eigenständig physikalische Fragestellungen unter Nutzung fachspezifischer Quellen und Rechercheverfahren. Sie können die erarbeiteten Lösungsansätze und -wege adressatengerecht, sowohl formalmathematisch als auch qualitativ und anschaulich präsentieren sowie vergleichend diskutieren. Modulprüfung 6 Prüfungsformen und -leistungen Klausur, benotet

10 7 Teilnahmevoraussetzungen Erfolgreicher Abschluss von P1_GY und P2_GY Pflichtmodul Prof. Dr. Claus Gößling S. 10

11 Modul: GFP Grundlagen der Fachdidaktik Physik Bachelor Physik für Lehramt an Haupt- Real- und Gesamtschulen Bachelor Physik für Lehramt für sonderpädagogische Förderung jährlich (Beginn im WiSe) 2 Semester 5./6. Semester S. 11 Leistungspunkte 5 LP 150 h 1 Einführung in die Fachdidaktik Physik V/Ü Diagnose und individuelle Förderung im Physikunterricht S 3 2 Die einführende Vorlesung behandelt die fachdidaktischen Grundlagen des Lehrens und Lernens von Physik: Ziele und Konzeptionen des Physikunterrichts, Schülervorstellungen, Interessen und Motivation bezüglich Physik, Unterrichtsmethoden, Experimente und neue Medien im Physikunterricht, Didaktische Rekonstruktion, Bildungsstandards und -monitoring, Aufgaben, fachdidaktische Forschungsmethoden und ergebnisse, Natur der Naturwissenschaften. Zur Unterstützung der eigenständigen Erarbeitung der Inhalte werden im Rahmen der Vorlesung regelmäßig Übungs- und Rechercheaufgaben vergeben, deren Ergebnisse in der Vorlesung diskutiert werden. In dem vertiefenden Seminar werden spezifische Methoden der Diagnose und individuellen Förderung im Physikunterricht behandelt. Schwerpunkte liegen hierbei auf der Erhebung und Berücksichtigung von Schülervorstellungen sowie Differenzierungsmöglichkeiten bei Aufgaben oder bei dem Einsatz neuer Medien und Experimente. Die Studierenden gewinnen in diesem Modul eine zunächst breit und überblicksartig angelegte Sach- und Methodenkompetenz bzgl. der Fachdidaktik Physik. Sie gelangen zu einer reflektierten Auseinandersetzung mit fachdidaktischen Fragestellungen, speziell im Bereich der physikdidaktischen Möglichkeiten zur Diagnose und individuellen Förderung. Sie können unterschiedliche fachliche Ansätze bezüglich ihrer Eignung in Vermittlungskontexten beurteilen. In der selbständigen Auseinandersetzung mit den Inhalten, die im Rahmen von Übungsund Rechercheaufgaben sowie Seminarbeiträgen geschieht, gewinnen sie Erfahrung in der kritischen Reflexion und eigenen Gestaltung von Unterrichtsmaterialien. Modulprüfung 6 Prüfungsformen und leistungen Klausur, benotet Als Voraussetzung ist in Element 1 und 2 jeweils eine unbenotete Studienleistung zu erbringen. 7 Teilnahmevoraussetzungen Erfolgreicher Abschluss der Module P1_GY und P2_GY bzw. P1_HR und P2_HR bzw. P1_SP und P2_SP

12 Pflichtmodul Pflichtmodul Bachelor Physik für Lehramt an Haupt- Real- und Gesamtschulen Pflichtmodul Bachelor Physik für Lehramt für sonderpädagogische Förderung N.N. S. 12

13 Modul: PR_GY Experimentelle Übungen GyGe/BK jährlich (Beginn im WiSe) 2 Semester 5./6. Semester Leistungspunkte 10 LP 300 h 1 Experimentelle Übungen für Lehramt GyGe/BK Teil I Ü Experimentelle Übungen für Lehramt GyGe/BK Teil II Ü 8 4 Inhaltlich bezieht sich das Modul auf die Themen und Konzepte der Module P1_GY bis P4_GY. Es werden anhand einer Reihe von Experimentalaufbauten selbständig Messungen vorgenommen, Daten mathematisch ausgewertet und interpretiert, Fehlerbetrachtungen und -rechnungen durchgeführt, Messergebnisse auf theoretische physikalische Konzepte (Gesetze, Modelle, Prinzipien) bezogen und die Ergebnisse graphisch oder verbal präsentiert. In diesem Modul entwickeln die Studierenden methodische Kompetenzen im Umgang mit Experimentalaufbauten und Messverfahren. Sie vertiefen hierbei die fachlichen Kompetenzen, die sie in den fachlichen Ausbildungsanteilen erworben haben, und erweitern sie speziell im methodischen Bereich. Mit der Anfertigung von Protokollen und mündlichen Präsentationen erwerben die Studierenden Kompetenzen in der sach- und adressatengerechten Darstellung physikalischer Zusammenhänge und experimenteller Ergebnisse mittels unterschiedlicher Medien. Modulprüfung 6 Prüfungsformen und -leistungen Mündliche Prüfung, benotet Als Voraussetzung ist ein Praktikumsschein (bestandene Versuchsprotokolle laut Praktikumsordnung) als Studienleistung zu erbringen. 7 Teilnahmevoraussetzungen keine Pflichtmodul Dr. Bärbel Siegmann S. 13